黃磷尾氣的處理工藝及方法

吳 婷

黃磷尾氣的處理工藝及方法

吳 婷

（遼寧省石油化工規(guī)劃設(shè)計院有限公司，遼寧 沈陽 110004）

化工生產(chǎn)過程中常會產(chǎn)生大量有毒有害的尾氣，這些尾氣會對環(huán)境造成很多負面影響，因此需要處理。簡要回顧了黃磷尾氣常用處理工藝及方法。

黃磷；尾氣；工藝

如何對尾氣進行處理一直是困擾化工生產(chǎn)企業(yè)的難題，早期的尾氣處理方法受技術(shù)水平的限制，方法比較單一，處理效果很難達到預(yù)期要求。隨著尾氣處理技術(shù)的不斷完善，化工生產(chǎn)企業(yè)逐漸掌握更多的尾氣處理方法，并可以依據(jù)尾氣的特性采用不同的處理技術(shù)，并取得了積極的效果，達到了全覆蓋、高深度處理目的。常見的尾氣處理方法是使用不同類型的催化劑，使尾氣中的CO、SO2、硫化物蒸汽等污染物轉(zhuǎn)化為CO2、H2S等易處理物質(zhì)，然后直接排放或者通過加入脫硫劑進行脫硫處理，尾氣中的含硫量達到標(biāo)準(zhǔn)以后，可以直接排入大氣。例如在脫硫工藝中，常用的方法是利用“還原-吸收-再生”過程使尾氣達到環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)。只有設(shè)計合理的尾氣處理裝置才可保證尾氣處理工藝穩(wěn)定運行。

在黃磷生產(chǎn)中，國家近些年來實行了更為嚴格的黃磷尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，要求實現(xiàn)黃磷尾氣資源化利用，嚴禁直接燃燒排放。目前隨著抗腐蝕材料不斷在工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用以及黃磷尾氣處理技術(shù)的提升，黃磷尾氣資源化再利用技術(shù)已經(jīng)進入工業(yè)化實施階段，因此很多黃磷生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)擁有配套的黃磷尾氣再利用裝置。當(dāng)然，黃磷尾氣高硫、高磷的特性使之對管道、設(shè)備等會產(chǎn)生嚴重的腐蝕作用不容忽視，因此，黃磷尾氣的大規(guī)模資源化利用技術(shù)的推廣受到了限制。我國每年約產(chǎn)生黃磷尾氣約23億立方米，但資源化利用率卻不足35%, 大部分的黃磷生產(chǎn)企業(yè)直接點天燈燃燒排放[1]。

為了最大程度實現(xiàn)黃磷尾氣的資源化利用，降低黃磷尾氣的處理成本以及尾氣對周邊環(huán)境的影響，專家學(xué)者提出了多種黃磷尾氣的資源化利用方法。20世紀90年代，國內(nèi)的企業(yè)和科研單位就曾將黃磷尾氣作為鍋爐燃料進行了有益的嘗試，主要的研究方向是將黃磷尾氣用作中低壓鍋爐的燃料，產(chǎn)生的熱能可以用作原料干燥和生產(chǎn)水蒸氣等。有的黃磷生產(chǎn)企業(yè)也嘗試將黃磷尾氣用于燃氣發(fā)電或者是利用黃磷尾氣作為生產(chǎn)一碳化工產(chǎn)品生產(chǎn)的燃料氣[2]。

1 黃磷尾氣的資源化利用方法

1.1 黃磷尾氣的催化凈化

黃磷尾氣中雜質(zhì)的種類和含量對黃磷尾氣的資源化利用影響很大。例如，在黃磷尾氣作一碳化工原料氣利用時，對黃磷尾氣的成分有嚴格的要求，因此黃磷尾氣催化凈化關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)及其工業(yè)化水平直接決定著企業(yè)能否真正落實國家對黃磷生產(chǎn)企業(yè)節(jié)能減排要求，能否真正實現(xiàn)黃磷尾氣的資源化利用目的。黃磷生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)清潔化生產(chǎn)對實現(xiàn)高濃度CO廢氣凈化與資源化再利用技術(shù)的發(fā)展具有推動和示范作用。部分高校對黃磷生產(chǎn)企業(yè)的尾氣凈化方法進行了深入的探索，并取得了階段性成果，取得成果包括: 根據(jù)黃磷尾氣的污染特性，制訂了黃磷尾氣環(huán)境污染控制的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范；開發(fā)出堿洗-液相催化氧化預(yù)技術(shù)實現(xiàn)黃磷尾氣的處理; 總結(jié)了黃磷尾氣中主要雜質(zhì)在低溫微氧條件下進行深度催化凈化的技術(shù)及理論并開發(fā)出黃磷尾氣催化凈化所用的載體; 開發(fā)出一系列黃磷尾氣催化凈化用催化劑。

1.2 以黃磷尾氣作為碳-化工原料氣

在化學(xué)工業(yè)中，CO是一種重要的化工原料，20世紀30年代就已經(jīng)出現(xiàn)采用CO作為原料的有機化合物工業(yè)產(chǎn)品[3]。隨著CO加氧反應(yīng)、羅蘭反應(yīng)等基礎(chǔ)理論的不斷深入以及多種催化劑的不斷涌現(xiàn)，促使了黃磷尾氣作為碳-化工原料氣的工業(yè)化應(yīng)用進程[4]。黃磷尾氣中CO體積分數(shù)達到了80%~90%，因此這種尾氣可以被看成是一種重要的一碳化工產(chǎn)品原料。科研工作人員多年來一直不斷研究，旨在實現(xiàn)黃磷尾氣的一碳化工利用，到目前為止，已經(jīng)成功開發(fā)出以黃磷尾氣為原料生產(chǎn)的甲醇、甲酸、二甲基酰胺等高附加值產(chǎn)品。

黃磷尾氣中除了CO以外，還含有很多其他的雜質(zhì)成分，如磷、硫、粉塵等物質(zhì)，因此，黃磷尾氣用作一碳化工原料氣的核心問題是如何脫除這些物質(zhì)，以防止這些物質(zhì)導(dǎo)致碳基合成催化劑中毒。通常當(dāng)凈化氣中硫、氟、磷等雜質(zhì)成分的含量小于1 mg·Nm-3時，黃磷尾氣才可以用作一碳化工的原料氣。目前四川攀枝花的一家黃磷生產(chǎn)企業(yè)通過采用深度催化凈化的方法，已經(jīng)實現(xiàn)黃磷尾氣深度脫硫、脫磷的工業(yè)化應(yīng)用[5,6]。

1.3 黃磷尾氣作為燃料氣直接使用

在黃磷尾氣中，CO和H2等易燃氣體的體積比例約占90%左右，黃磷尾氣具有很高的熱值，熱值的理論值約為4.1×107J·m-3，因此黃磷尾氣是一種品質(zhì)優(yōu)良的燃氣。目前，將黃磷尾氣直接燃燒是比較直接的利用方法，也大多數(shù)黃磷生產(chǎn)企業(yè)處理黃磷尾氣的方法，這種方法不但可以提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，還能夠使企業(yè)實現(xiàn)環(huán)境效益和社會效益等方面的好處。以10 000 t·a-1黃磷生產(chǎn)規(guī)模為例，如能實現(xiàn)將黃磷尾氣作為燃料氣來替代企業(yè)的燃煤鍋爐，企業(yè)每年可減少約300 t的SO2氣體的排放規(guī)模，可為企業(yè)創(chuàng)造1 200 萬元的價值。

1）黃磷尾氣用作熱水鍋爐的燃氣是應(yīng)用最為廣范的方式，與之配套的黃磷尾氣燃氣鍋爐是企業(yè)能否高效使用黃磷尾氣的關(guān)鍵。目前，新一代黃磷尾氣燃氣鍋爐已經(jīng)在很多企業(yè)投入使用，黃磷尾氣燃燒產(chǎn)生的蒸汽可以直接用作生產(chǎn)用氣以及黃磷蒸發(fā)干燥等工藝步驟。利用循環(huán)流化床鍋爐工藝，通過黃磷尾氣和煤炭摻燒的方法生產(chǎn)蒸汽，工藝流程簡潔、設(shè)備運行穩(wěn)定，達到了節(jié)能減排的目的。

2）根據(jù)黃磷生產(chǎn)企業(yè)的工藝要求，需要提前將入電爐的礦石原料進行烘烤。通過將黃磷尾氣易燃成分進行燃燒，可完成礦石原料烘烤步驟，在完成黃磷尾氣資源化利用的同時也減少有毒氣體物質(zhì)的排放。

3）黃磷尾氣燃燒發(fā)電是目前黃磷尾氣資源化利用發(fā)展最為迅速的技術(shù)。根據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委頒發(fā)的《資源綜合利用電廠(機組)認定管理辦法》文件要求，通過黃磷尾氣燃燒發(fā)電實現(xiàn)資源再利用的項目，可以享受國家相關(guān)政策的優(yōu)惠，通過黃磷尾氣燃燒發(fā)電的方法，也解決了大多數(shù)黃磷生產(chǎn)企業(yè)因黃磷尾氣排空燃燒造成的資源浪費和環(huán)境污染問題，實現(xiàn)了黃磷尾氣的價值的最大化。

2 結(jié)束語

本文主要對黃磷生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生的黃磷尾氣的尾氣處理方法與技術(shù)進行了總結(jié)并認為：將黃磷尾氣處理的方法與配套系統(tǒng)進行合理設(shè)計，可使各種處理方法充分發(fā)揮效能。因此，對黃磷尾氣資源化利用技術(shù)進行不斷優(yōu)化，并開發(fā)出更好的尾氣處理裝置和尾氣處理工藝非常重要，可實現(xiàn)黃磷尾氣資源利用的最大化。

［1］科技倍息. 黃磷尾氣凈化制取甲酸[J].中國資源綜合利用,2004(5):9.

［2］寧平, 王學(xué)謙, 陳梁. 黃磷尾氣凈化制甲醇[J]. 磷酸鹽工業(yè), 2006 (3): 3-8.

［3］鄭勇. 黃磷尾氣變溫、變壓吸附凈化技術(shù)的新進展[J]. 磷肥與復(fù)肥, 2010，25 (3):49-51.

［4］陳云華, 寧平, 陳梁. 黃磷尾氣凈化制取甲酸清潔工藝[J]. 云南化工, 2000, 27 (5): 15-16.

［5］李光興. 黃磷尾氣一氧化碳的化工利用[J]. 湖北化工, 1992 (1): 44-48.

［6］王世魁. 2006年黃磷市場綜述[J]. 磷酸鹽工業(yè), 2007 (1): 31-37.

Discussion on the Treatment Processes and Methods of yellow phosphorus tail gas

（Liaoning Petroleum Chemical Industry Planning & Designing Institute Co., Ltd., Shenyang Liaoning 110004, China）

In the modern chemical production process, a large number of toxic and harmful tail gas is often produced, which will cause a lot of negative effect on the environment, so it needs to be dealt with. In this paper, the common treatment techniques and methods of yellow phosphorus tail gas were briefly reviewed.

Yellow phosphorus; Tail gas; Process

2020-09-4

吳婷（1987-），女，工程師，碩士，遼寧省撫順市人，2013年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)分析化學(xué)專業(yè)，研究方向：化工設(shè)計。

TQ110.9

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1004-0935（2021）01-0092-02